رونمایی باتری آهنی چینی ۸۰ برابر ارزانتر از لیتیوم با عمر ۱۶ ساله
یک تیم پژوهشی در موسسه تحقیقات فلزات وابسته به آکادمی علوم چین (CAS) موفق شده است فناوری باتری جریان تمامآهن را بهطور چشمگیری ارتقا دهد؛ دستاوردی که میتواند مسیر ذخیرهسازی انرژی در مقیاس شبکه را دگرگون کند.
به گزارش interestingengineering، در این پروژه پژوهشگران با فرمولبندی یک الکترولیت جدید و طراحی مولکولی نوین امکان انجام هزاران چرخه شارژ و دشارژ بدون افت عملکرد را فراهم کردهاند؛ راهکاری کمهزینه و بادوام که میتواند نیازهای گسترده جهان برای ذخیرهسازی انرژی تجدیدپذیر را پاسخ دهد.
پاسخ به چالش گرانی لیتیوم با تکیه بر آهن ارزانقیمت
تفاوت شدید قیمت مواد اولیه انگیزه اصلی توسعه این فناوری به شمار میرود؛ بهطوری که لیتیوم در بازار جهانی بیش از ۸۰ برابر گرانتر از آهن معامله میشود. این شکاف قیمتی بزرگ باتریهای مبتنی بر آهن را به گزینهای عملی برای غلبه بر محدودیتهای عرضه لیتیوم و پیشبرد گذار جهانی به انرژی پاک تبدیل کرده است.
کارشناسان امیدوارند جایگزینی لیتیوم کمیاب و گرانقیمت با آهن فراوان موجود در پوسته زمین، ذخیرهسازی انرژی در مقیاس شبکه را اقتصادی کند؛ اقدامی ضروری برای تثبیت شبکه برق در زمانهایی که خورشید و باد در دسترس نیستند.
حل معضل ناپایداری؛ از طراحی همافزای مولکولی تا سد دولایهای
باتریهای جریان تمامآهن به دلیل استفاده از آهن ارزان و الکترولیتهای پایهآبیِ ایمن، بالقوه بسیار پربازدهاند، اما یک مانع فنی بزرگ تاکنون مانع تجاریسازی آنها شده بود: ناپایداری در سمت منفی باتری.
در این بخش مواد فعال تمایل داشتند تجزیه شوند یا از میان غشا نشت کنند؛ فرآیندی که طول عمر باتری را بهشدت کاهش میداد. تیم چینی برای حل این مشکل با یک طراحی همافزای مولکولی یک کمپلکس آهنی ویژه ساخت که نقش دفاع دولایه را بازی میکند.
به گزارش روزنامه South China Morning Post ساختار حجیم و سخت این مولکول مانند یک سپر فیزیکی از هسته آهنی در برابر واکنشها محافظت میکند، در حالی که بار منفی قوی آن یک میدان دافعه ایجاد میکند که از عبور ذرات فعال از غشا جلوگیری میکند. ترکیب این دو مکانیسم، هم جلوی تخریب مواد فعال و هم نشت آنها را میگیرد و پایداری بلندمدت باتری را تضمین میکند.
۱۶ سال کارکرد بدون افت ظرفیت
نمونه اولیه این باتری در آزمایشها عملکرد چشمگیری نشان داد: ساختار آن در بیش از ۶۰۰۰ چرخه شارژ و دشارژ معادل بیش از ۱۶ سال استفاده روزانه بدون هیچ کاهش ظرفیت ذخیره انرژی پایدار باقی ماند.
در این مدت هیچ محصول جانبی مضر یا رسوبی تشکیل نشد و سیستم به راندمان ۹۹.۴ درصدی در جلوگیری از نشت دست یافت. همچنین حتی در توانهای خروجی بالا نیز ۷۸.۵ درصد بازده انرژی خود را حفظ کرد؛ نشانهای از دوام و اعتمادپذیری طراحی جدید. طبق گزارشها این طراحی همچنین میزان نشت مواد فعال را نسبت به فناوریهای موجود کاهش داده است.
شتاب جهانی برای توسعه باتریهای جریان آهنی
این دستاورد در شرایطی رخ داده که رقابت بینالمللی برای توسعه باتریهای جریان آهنی شدت گرفته است. این فناوری اکنون یکی از جدیترین گزینهها برای جایگزینی باتری لیتیومیون در ذخیرهسازی شبکه برق محسوب میشود.
در آمریکا شرکتهایی مانند ESS Tech در اورِگن سامانههای جریان آهنی را برای غولهایی مانند گوگل توسعه و نصب میکنند. با این حال برخی طراحیهای موجود همچنان با مشکل دندریتها کریستالهای سوزنی کوچکی که میتوانند باتری را اتصالکوتاه کنند روبهرو هستند.
تیم چینی میگوید با استفاده از شیمی آلکالاین و لایه محافظ مولکولی جدید خود این مانع را نیز پشت سر گذاشته است.
پژوهشگران تاکید میکنند افزایش چشمگیر طول عمر این باتریها میتواند هزینههای بلندمدت را کاهش دهد و قابلیت اطمینانی در سطح چند دهه برای ذخیرهسازی انرژی فراهم کند. این یافتهها در نشریه Advanced Energy Materials منتشر شده است.
انتهای پیام/
